CN102528035B - 一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法 - Google Patents
一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102528035B CN102528035B CN201110456500.2A CN201110456500A CN102528035B CN 102528035 B CN102528035 B CN 102528035B CN 201110456500 A CN201110456500 A CN 201110456500A CN 102528035 B CN102528035 B CN 102528035B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- speed
- atomizing
- gases
- crucible
- high pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法,高速惰性气体由雾化喷嘴喷出对熔融金属进行雾化,形成雾化锥,该过程为第一级雾化;雾化锥中金属熔滴在飞行过程中与甩出盘相撞。由于甩出盘本身做高速旋转,与熔滴的相对速度很大,经过碰撞及离心作用熔滴被进一步细化,这是第二级雾化;经过两次雾化后,金属熔滴以很高速度飞向接收模具,并在该过程中发生快速凝固,最终在接收模具上沉积成形,由于环形模具做高速旋转,接收的半固态液滴由于离心力的作用会挤占之前沉积产生的孔隙,降低沉积坯的孔隙率。环形模具高速转动同时能够沿轴向上下运动,通过调节轴向的进给速度、总进给量可以控制成形件的壁厚及轴向长度。
Description
技术领域
本发明涉及应用两级雾化喷射成形技术制备圆盘、圆管及圆环等具有大口径轴对称中心孔零件的方法,特别涉及熔融金属的雾化方式以及金属熔滴的沉积方式。
背景技术
喷射成形技术是近30年发展起来的利用快速凝固方法直接制备金属材料坯料或半成品的一种先进的成形技术。其过程是将熔融金属雾化成微小的液态熔滴,然后在高速气流的带动下,微小熔滴直接喷射在较冷的接收器上,从而成形零件。采用喷射成形制备的材料具有如下优良特性:(1)晶粒细小、成分均匀、合金元素过饱和度高、无宏观偏析;(2)含氧量低,雾化熔滴处于液态的时间极短,且有惰性气氛的保护,因此沉积坯的增氧量很小,基本上与母合金同一水平;(3)成形工艺简单,产品生产工序大大简化。此外,它还是一种合金化、过程设计以及产品成形紧密结合,集成度很高的柔性制造过程。
以Osprey模式为代表的传统喷射成形工艺采用惰性气体雾化熔融金属,其气流速度较低小于音速,该成形方式有如下不足:(1)由于气体密度小、动量低,故雾化的效率很低,得到雾化熔滴的平均粒径较大,且雾化熔滴尺寸分布区间较宽;(2)由于传统喷射成形工艺本身的局限性,成形大口径轴对称中心孔零件难度很大;(3)喷射成形合金微观组织中不可避免存在孔隙,约为3%~6%。孔隙作为一种组织缺陷,割裂基体连续性,会降低材料的力学性能,而大口径薄壁管件的致密化及塑性加工工艺不易实现。
发明内容
为了避免现有技术的不足之处,本发明提供一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法,用于喷射成形圆盘、圆管及圆环等具有大口径轴对称中心孔零件。
本发明采用气体雾化与机械雾化相结合的混合雾化方法减小熔滴的平均粒径,同时采用离心方法,使沉积的半固态熔滴相互挤压以降低沉积坯的孔隙率。基于上述原理本发明提出了一种两级雾化喷射成形具有大口径轴对称中心孔类零件的方法。基本原理是:高速惰性气体由雾化喷嘴喷出对熔融金属进行雾化,形成雾化锥,该过程为第一级雾化,即高速气体雾化;雾化锥中金属熔滴在飞行过程中与甩出盘相撞。由于甩出盘本身做高速旋转,与熔滴的相对速度很大,经过碰撞及离心作用熔滴被进一步细化,这是第二级雾化,即机械雾化;经过两次雾化后,金属熔滴以很高速度飞向接收模具,并在该过程中发生快速凝固,最终在接收模具上沉积成形,由于环形模具做高速旋转,接收的半固态液滴由于离心力的作用会挤占之前沉积产生的孔隙,降低沉积坯的孔隙率。环形模具高速转动同时能够沿轴向上下运动,通过调节轴向的进给速度、总进给量可以控制成形件的壁厚及轴向长度。
一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统,其特征在于包括真空室1,坩埚2,加热线圈3,储气瓶5,甩出盘7,止通棒8,导液管9,高压气体喷嘴10,冷却装置11以及环形模具12;其中坩埚2,加热线圈3、止通棒8,导液管9以及高压气体喷嘴10位于真空室1的上半部分,坩埚2位于真空室1上半部分的中心位置,并通过其底部的螺纹通孔与导液管9相连,止通棒8与导液管9以及坩埚2底部的螺纹通孔共轴,且能够沿其轴线上下移动,通过控制其锥形端与坩埚2底部的螺纹通孔分离或贴合控制熔融金属的流下与否。所述坩埚2的外围设有加热线圈3,高压气体喷嘴10包围在导液管9的外部且与置于真空室1外部的储气瓶5通过管路相连;甩出盘7以及环形模具12置于真空室1的下半部分,甩出盘7通过旋转轴与旋转机构连接,能够沿其轴线做高速转动,且其上端设有对甩出盘的工作表面进行降温的冷却装置11,环形模具12置于甩出盘7外部,下端中心通过旋转轴与旋转机构连接,具有绕轴线转动及沿轴向上下运动两个自由度。
所述高压气体喷嘴10出气口切线方向与竖直轴线呈15°~45°夹角,高压气体喷嘴10的出气口形状为Laval形,雾化气体的压力优选为0.2~1.5Mpa。
一种用于权利要求1或2所述系统制备圆盘类零件的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:将母体合金置入坩埚中,并将真空室抽真空至小于50Pa;
步骤2:接通加热线圈3加热母体合金至熔融态,并使其具有30℃~200℃过热度;
步骤3:向上移动止通棒使熔融金属沿导液管9流下进入高压气体雾化区,同时打开储气瓶5上的控制阀门,使得压力为0.2~1.5Mpa的惰性气体经过高压气体喷嘴10的对液态金属进行雾化,得到的雾化液滴以与竖直轴线形成15°~45°夹角的方向撞击高速旋转的甩出盘7;甩出盘7以2000~3000r/min转速进行旋转,在旋转中将熔滴在撞击力和离心力的共同作用下被进一步细化,并高速飞向环形模具12,熔滴在飞行过程中逐渐凝固被在高速转动的环形模具上沉积成形;所述环形模具的转速为1000~1500r/min;
步骤4:对得到的沉积坯进行修形加工,去除工艺余量得到最终零件。
本发明提出的两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法,通过两级雾化能够有效地细化雾化颗粒,提高金属熔滴的凝固速度,增大成形材料的致密性,改善材料的微观结构,减少后续的致密化处理工序,降低成本。具有如下的有益效果:
(1)两级雾化法可以有效的降低雾化熔滴的平均粒径。现有的普通高压气体雾化能够将熔融金属雾化成10~200微米的液态熔滴,两级雾化能够使熔滴的平均粒径减小一半,可以得到晶粒更为细小的微观组织。
(2)提高成形件致密性。由于改变了熔滴的沉积方式,接收模具做高速转动,在离心力作用下半固态熔滴能够有效的挤占沉积产生的空穴,成形件孔隙率小于1%,无需进行致密化处理;
(3)提高材料的利用率。机加方法如铣削、车削等加工圆盘、圆环类零件需要去除大量的材料,材料利用率很低,与之相比该方法可以大大提高材料的利用率,尤其是对于大口径薄壁件。
附图说明
图1是两级雾化喷射成形圆盘类零件装置结构示意图。
图中:1为真空室,2为坩埚,3为加热线圈,4为第一级雾化锥,5为储气瓶,6为第二级雾化锥,7为甩出盘,8为止通棒,9为导液管,10为高压气体喷嘴,11为冷却装置,12为环形模具,13为沉积坯。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
本实施例的系统,包括内部尺寸高2m,直径1.2m的真空室1,高0.2m直径0.18m的坩埚2,加热线圈3,储气瓶5,直径0.3m的甩出盘7,止通棒8,导液管9,高压气体喷嘴10,冷却装置11以及直径0.8m的环形模具12;其中坩埚2,加热线圈3、止通棒8,导液管9以及高压气体喷嘴10位于真空室1的上半部分,坩埚2位于真空室1上半部分的中心位置,并通过其底部的螺纹通孔与导液管9相连,止通棒8与导液管9以及坩埚2底部的螺纹通孔共轴,且能够沿其轴线上下移动,通过控制其锥形端与坩埚2底部的螺纹通孔分离或贴合控制熔融金属的流下与否;所述坩埚2的外围设有加热线圈3,高压气体喷嘴10包围在导液管9的外部且与置于真空室1外部的储气瓶5通过管路相连;甩出盘7以及环形模具12置于真空室1的下半部分,甩出盘7通过旋转轴连与旋转机构连接,能够沿其轴线做高速转动,且其上端设有对甩出盘的工作表面进行降温的冷却装置11,环形模具12置于甩出盘7外部,下端中心通过旋转轴与旋转机构连接,具有绕轴线转动及沿轴向上下运动两个自由度。
冷却装置11采用液氮对甩出盘7的工作表面进行冷却,提高其工作寿命。
所述高压气体喷嘴10出气口切线方向与竖直轴线呈30°夹角,高压气体喷嘴10的出气口形状为Laval形,雾化气体的压力优选为0.2~1.5Mpa。
甩出盘7与环形模具12旋转轴线有一定偏心距,偏心距大小与成形零件直径相关。
以喷射成形Al-20wt%Si圆环坯体为例,采用本系统说明该发明实施方式。过共晶Al-Si合金具有质轻、强度高、耐磨性好等优异的综合性能在汽车发动机关重部件中逐渐得到应用,如薄壁缸套、气缸衬套等。常规铸造条件下Si含量增加会造成初生Si相粗化,使材料的加工性能及机械性能大为降低;而传统喷射成形方法制得坯件孔隙率较大,需要后续的致密化工序。而本发明提供的方法能够有效的解决上述问题,其具体实施方式为:
(1)母体合金置入坩埚2中,并将真空室1抽真空至小于50Pa;
(2)启动加热设备3,将金属加热至熔融状态并使之过热度为100℃。打开止通棒8使熔融金属沿导液管9流下,进入高压气体雾化区;
(3)应用高压惰性气体对由导液管9流下的熔融金属进行雾化。气体雾化完成后熔滴以较高速度飞向甩出盘7,在高压气体喷嘴10与甩出盘7之间形成第一级雾化锥4,且熔滴在飞行过程中逐渐凝固;
(4)第一级雾化锥4中熔滴撞击高速旋转的甩出盘7,熔滴在撞击力和离心力的共同作用下被进一步细化,并高速飞向环形模具12,形成第二级雾化锥6,熔滴在飞行过程中继续凝固,通过控制高压气体喷嘴10到甩出盘7的距离使得到达环收模具时熔滴的固相分数为60%;
(5)半固态金属熔滴高速撞击环形模具12。环形模具12在高速转动同时沿轴向向下运动,接收雾化熔滴并凝固成形。由于环形模具12做高速转动,在离心力作用下半固态熔滴挤占沉积过程中产生的空穴,成形坯件的孔隙率很小。
(6)对得到的沉积坯进行修形加工,去除工艺余量得到最终零件。
Claims (2)
1.一种两级雾化喷射成形圆盘零件的系统,其特征在于包括真空室(1),坩埚(2),加热线圈(3),储气瓶(5),甩出盘(7),止通棒(8),导液管(9),高压气体喷嘴(10),冷却装置(11)以及环形模具(12);其中坩埚(2),加热线圈(3)、止通棒(8),导液管(9)以及高压气体喷嘴(10)位于真空室(1)的上半部分,坩埚(2)位于真空室(1)上半部分的中心位置,并通过其底部的螺纹通孔与导液管(9)相连,止通棒(8)与导液管(9)以及坩埚(2)底部的螺纹通孔共轴,且能够沿其轴线上下移动,通过控制其锥形端与坩埚(2)底部的螺纹通孔分离或贴合控制熔融金属的流下;所述坩埚(2)的外围设有加热线圈(3),高压气体喷嘴(10)包围在导液管(9)的外部且与置于真空室(1)外部的储气瓶(5)通过管路相连;甩出盘(7)以及环形模具(12)置于真空室(1)的下半部分,甩出盘(7)通过旋转轴与旋转机构连接,能够沿其轴线做高速转动;所述甩出盘(7)采用锥形设计,且与置于其外的环形模具(12)具有大小可调节的偏心距;环形模具(12)下端中心通过旋转轴与旋转机构连接,具有绕轴线转动及沿轴向上下运动两个自由度;甩出盘(7)上端设有对甩出盘的工作表面进行降温的冷却装置(11);所述高压气体喷嘴(10)出气口切线方向与竖直轴线呈15°~45°夹角,高压气体喷嘴(10)的出气口形状为Laval形,雾化气体的压力为0.2~1.5Mpa。
2.一种用于权利要求1所述系统制备圆盘零件的方法,其特征在于步骤如下:
步骤1:将母体合金置入坩埚中,并将真空室抽真空至小于50Pa;
步骤2:接通加热线圈(3)加热母体合金至熔融态,并使其具有30℃~200℃过热度;
步骤3:向上移动止通棒使熔融金属沿导液管(9)流下进入高压气体雾化区,同时打开储气瓶(5)上的控制阀门,使得压力为0.2~1.5Mpa的惰性气体经过高压气体喷嘴(10)的对液态金属进行雾化,得到的雾化液滴以与竖直轴线形成15°~45°夹角的方向撞击高速旋转的甩出盘(7);甩出盘(7)以2000~3000r/min转速进行旋转,在旋转中将熔滴在撞击力和离心力的共同作用下被进一步细化,并高速飞向环形模具(12),熔滴在飞行过程中逐渐凝固被在高速转动的环形模具上沉积成形;所述环形模具的转速为1000~1500r/min;
步骤4:对得到的沉积坯进行修形加工,去除工艺余量得到最终零件。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110456500.2A CN102528035B (zh) | 2011-12-31 | 2011-12-31 | 一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110456500.2A CN102528035B (zh) | 2011-12-31 | 2011-12-31 | 一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102528035A CN102528035A (zh) | 2012-07-04 |
CN102528035B true CN102528035B (zh) | 2014-06-11 |
Family
ID=46336751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201110456500.2A Expired - Fee Related CN102528035B (zh) | 2011-12-31 | 2011-12-31 | 一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102528035B (zh) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102814497B (zh) * | 2012-08-31 | 2014-04-02 | 北京科技大学 | 一种高速固相颗粒喷射成形的方法与装置 |
CN102890026B (zh) * | 2012-10-26 | 2014-11-05 | 上海天科化工检测有限公司 | 一种机械强制雾化的吸入染毒进样系统 |
CN103406542A (zh) * | 2013-07-23 | 2013-11-27 | 西北工业大学 | 一种控制金属熔体流量的装置 |
CN103978214B (zh) * | 2014-05-09 | 2015-10-28 | 西安交通大学 | 一种气体雾化金属熔滴成型装置及其成型方法 |
CN104057085B (zh) * | 2014-06-18 | 2016-02-24 | 西安交通大学 | 一种熔滴微喷沉积成型喷嘴 |
CN104399980B (zh) * | 2014-12-02 | 2016-05-18 | 东北林业大学 | 基于图像处理的按需式微熔滴喷射过程的测控装置及其测控方法 |
CN104550988A (zh) * | 2015-01-28 | 2015-04-29 | 大连理工大学 | 一种基于均匀液滴喷射法的制备超细球形金属粉末的装置及方法 |
CN106825483A (zh) * | 2017-03-21 | 2017-06-13 | 昆明理工大学 | 一种制备半固态浆料的方法及装置 |
CN107490532B (zh) * | 2017-08-16 | 2019-10-25 | 清华大学 | 一种确定飞行高温颗粒几何尺度的装置及方法 |
CN108015285A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-05-11 | 西安欧中材料科技有限公司 | 一种航空发动机用的高温合金盘件的快速成型方法 |
CN109136629B (zh) * | 2018-10-24 | 2020-07-10 | 信阳师范学院 | 一种Ti3AlC2金属陶瓷的喷射沉积装置及制备Ti3AlC2金属陶瓷的方法 |
CN110605402B (zh) * | 2019-09-18 | 2021-04-30 | 河南科技大学 | 一种基于离心雾化的3d打印装置及方法 |
CN111438367A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-07-24 | 南京工业大学 | 一种撞击式连续制备金属粉末装置 |
CN114505482A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-17 | 昆山晶微新材料研究院有限公司 | 制备金属管靶的装置、方法 |
CN115415641A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-12-02 | 江苏理工学院 | 一种单熔化极电弧熔覆增材系统及方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2696745Y (zh) * | 2004-01-06 | 2005-05-04 | 彭美骥 | 耐磨复合合金材料制造设备 |
CN102294478A (zh) * | 2011-08-18 | 2011-12-28 | 广东工业大学 | 精密喷射成形装置及用该装置实现模具快速制造的方法 |
CN202571279U (zh) * | 2011-12-31 | 2012-12-05 | 西北工业大学 | 一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的装置 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61296949A (ja) * | 1985-06-25 | 1986-12-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 被削性に優れたステンレス鋼 |
JPS62275561A (ja) * | 1986-05-21 | 1987-11-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 耐高温酸化性および熱間加工性にすぐれた複合材の製造法 |
JP2544963B2 (ja) * | 1988-07-22 | 1996-10-16 | 健 増本 | 薄片状粉末 |
JPH083121B2 (ja) * | 1990-11-16 | 1996-01-17 | 健 増本 | 塗料用アルミニウム合金粉末 |
CN1270855C (zh) * | 2004-03-05 | 2006-08-23 | 湖南大学 | 喷射沉积制备大型环件的方法及其设备 |
US7691177B2 (en) * | 2006-10-30 | 2010-04-06 | Niotan, Inc. | Method and an apparatus of plasma processing of tantalum particles |
CN201399583Y (zh) * | 2009-04-24 | 2010-02-10 | 同济大学 | 一种超细粉末制备装置的雾化喷嘴 |
-
2011
- 2011-12-31 CN CN201110456500.2A patent/CN102528035B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2696745Y (zh) * | 2004-01-06 | 2005-05-04 | 彭美骥 | 耐磨复合合金材料制造设备 |
CN102294478A (zh) * | 2011-08-18 | 2011-12-28 | 广东工业大学 | 精密喷射成形装置及用该装置实现模具快速制造的方法 |
CN202571279U (zh) * | 2011-12-31 | 2012-12-05 | 西北工业大学 | 一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的装置 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP昭61-296949A 1986.12.27 |
JP昭62-275561A 1987.11.30 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102528035A (zh) | 2012-07-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102528035B (zh) | 一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的系统及成型方法 | |
CN102319898B (zh) | 一种制备合金及金属基复合材料零部件的喷射成形系统 | |
CN107262730B (zh) | 一种微细球形金属粉末的气体雾化制备方法及其设备 | |
CN101637823B (zh) | 一种制备金属粉末的方法及其装置 | |
CN105689718B (zh) | 一种复相增强金属基复合材料的成形系统和方法 | |
CN102389979A (zh) | 一种通过喷射成形制备颗粒增强金属基复合材料的方法及系统 | |
CN102335743B (zh) | 一种超声喷射成形方法 | |
CN109047785A (zh) | 一种逐液滴离心雾化法高效制备低熔点球形金属粉末的装置及方法 | |
CN106825596A (zh) | 一种镍铝粉的雾化制备装置 | |
CN105618773A (zh) | 一种用于制备3d打印金属粉末的气雾化装置 | |
CN202317021U (zh) | 一种喷射成形制备合金及金属基零部件的装置 | |
CN100519008C (zh) | 一种提高喷射成形高速钢柱状沉积坯密度的工艺方法 | |
CN202571279U (zh) | 一种两级雾化喷射成形圆盘类零件的装置 | |
CN102626843A (zh) | 铝基复合材料汽车零部件的喷射沉积制备方法 | |
CN117300126A (zh) | 一种喷射沉积成形用熔滴生成机构 | |
CN109822098A (zh) | 一种摆动式雾化器及摆动式喷射沉积制坯方法 | |
CN106493377B (zh) | 环形排布对撞式气流雾化钛合金粉末制取设备及制取方法 | |
CN203346464U (zh) | 一种与连续挤压机匹配的喷射沉积装置 | |
CN117300127A (zh) | 一种离心喷射成形用离心盘 | |
CN102211187B (zh) | 喷射成形制造或修复钢基辊芯复合轧辊方法 | |
CN102784916B (zh) | 采用紧耦合喷嘴制备高合金化材料的负压喷射成形工艺 | |
CN1270855C (zh) | 喷射沉积制备大型环件的方法及其设备 | |
CN111659893B (zh) | 一种喷射成形同步超声热精轧制备技术 | |
CN106994516B (zh) | 一种TiAl粉的雾化制备方法 | |
CN115255375A (zh) | 用于真空气雾化制备金属粉末的喷嘴 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140611 Termination date: 20151231 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |